Основы проектирования металлургических заводов: Справочное издание
А. Авдеев, В.М. Друян, Б.И. Кудрин.
Интернет Инжиниринг, 2002 г.
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
5.1. КОНВЕРТЕРНЫЕ ЦЕХИ
5.1.1. Общее в решениях по конвертерным цехам
В мире насчитывается более 250 цехов с конвертерами разной ёмкости (в России — 8 цехов).
Различия цехов обусловлены прежде всего изменением объёма производства, сортаментом выплавляемой стали, особенностями генерального плана завода. Предпринимавшиеся в стране и за рубежом попытки повторного применения разработанных проектов цехов из-за техноценологических ограничений не увенчались успехом. Хотя все цехи в мире строились по индивидуальным проектам, изучение результатов строительства и эксплуатации позволяет выявить некоторые закономерности, общие для большинства известных объектов.
Укрупненные показатели конвертерных цехов:
Ёмкость конвертера, т 300-400 200-250 100-160
Строительство:
металлоконструкции,
т/м 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9-1,0
оборудование, кг/т 6-7 8—9 9—10
Запас в цехе, сут:
металлолома 0,25~0,5 0,25-0,5 0,25-0,5
ферросплавов 1 1 ]
сыпучих 0,5 0,5 0,5
огнеупоров 1 1 1
Расход материалов, кг/т:
чугуна 800-850 800-850 800-850
металлолома 350-300 350-300 350-300
ферросплавов 10-15 10-15 10-15
извести 60-80 60-80 60-80
шпата 1-2 1-2 1-2
огнеупоров:
для конвертеров 2—2,2 2,2—2,4 2-2,6
для ковшей 8-9 9-10 10—11
Расход энергоресурсов:
кислорода, mj/t 55-60 55-60 55-60
аргона, м3/т 1 1 1
азота, м3/т 5 5 5
воды, т/т 10-12 12-15 15-18
электроэнергии,
кВт ч/т !5-20 20-25 25-30
топлива, кг/т 50-60 60-70 70—80
В состав цеха входят два конвертера, реже три или один конвертер. Цех работает на обычном передельном чугуне и ломе. Сталь разливается на слябовых или сортовых установках непрерывной разливки, а на некоторых заводах еще и в слитки. Предусмотрена установка третьего конвертера. Здание цеха состоит из пролётов: скрапного, конвертерного, загрузочного, перестановки шлаковых ковшей и ковшевого. В состав цеха входит отдельно стоящее миксерное отделение.
Скрапной пролёт предназначен для приёма совков с ломом, поступающих из скрапоразделочного цеха, установки совков на весы, корректировки навески и передачи совков в загрузочный пролёт для завалки лома в конвертер. Основное оборудование пролёта — краны для перестановки совков, магнитные краны, весы, скра-повозы. Скрапной пролёт соединён с загрузочным поперечными путями широкой колеи.
Конвертерный пролёт — наиболее насыщенная оборудованием часть цеха — этажерка с несколькими рабочими площадками. Основное назначение пролёта — размещение конвертеров и непосредственно обслуживающего их оборудования. По длине пролёт разделён на три участка: конвертерный (занимает среднюю часть), подготовки ферросплавов и фурм. По ширине конвертерный пролёт также делится на три части. Центральную занимает подъёмный газоход котла-утилизатора газоотводящего тракта. По одну сторону от него находится машина подачи кислорода с фурмами, по другую — комплекс подачи сыпучих материалов. За сыпучими (за пределами конвертерного пролёта) размещается опускная часть газоотводящего тракта. Наряду с конвертерами в пролёте установлены краны для замены фурм, кран для обслуживания участка ферросплавов, машины для ломки футеровки конвертеров, автопогрузчики и др.
Под конвертерами уложены пути широкой колеи, соединяющие конвертерный цех с отделением непрерывной разливки стали и пересекающие все пролеты (кроме скрапного). По этим путям ковши со сталью передаются на сталевозах в ОНРС, а ковши со шлаком — в пролёт перестановки шлаковых ковшей. По этим же путям порожние ковши после разливки возвращаются в ковшевой пролёт для подготовки к приёму очередной плавки.
Загрузочный пролёт предназначен для приёма совков с ломом из скрапного пролёта и ковшей с чугуном из миксерного отделения с последующей разгрузкой их в конвертеры. Пролёт перекрыт рабочей площадкой, являющейся продолжением основной рабочей площадки конвертерного пролёта. На рабочей площадке уложены пути широкой колеи, по которым из миксерного отделения в заливочных ковшах, установленных на чугуновозы, доставляется чугун. Основное оборудование пролёта — литейные (заливочные) краны для заливки чугуна и полупортальные краны для завалки лома.
Пролёт перестановки шлаковых ковшей используется для приёма ковшей, поступающих на шлаковозах из-под конвертеров, перестановки их на железнодорожные шлаковозы и вывоза за пределы цеха. Пролёт оборудован мостовыми крана.
Проектирование сталеплавильного производства ми и шлаковыми стендами. Ковшевой пролёт предназначен для подготовки сталеразливочных ковшей к плавке и проведению холодного ремонта со сменой футеровки. Кроме того, в пролёте ремонтируются заливочные (чугуновозные) ковши. Основное оборудование пролёта — стенды, горелки для сушки ковшей, машины для ломки футеровки, ремонтные ямы, краны.
В некоторых цехах миксерное отделение примыкает к основному зданию. Но оно может быть выполнено отдельно стоящим и соединено с загрузочным пролётом эстакадой для подачи жидкого чугуна. Отделение однопролётное с двумя рабочими площадками, одна из которых (нижняя) используется для подачи чугуна в загрузочный пролёт, а вторая — для обслуживания миксеров. Чугун из доменного цеха подается по эстакаде. Основное оборудование — миксеры ёмкостью по 2500 т, заливочные краны, машины для скачивания шлака и чугуновозы.
Приведённые укрупнённые показатели, характеризующие при заданной ёмкости конвертера конвертерный цех, предполагают, что существует среднее (или интервал), своеобразная норма, на которую следует ориентироваться проектировщику. А эксплуатационнику необходимо стремиться к этой проектной производительности. Но статистические данные показывают, что на уровне конвертерного цеха (сталеплавильного производства) для конкретных условий показатели различаются значительно сильнее, чем могло бы следовать из любой вероятностной оценки. Например, расход электроэнергии на 1 т конвертерной стали в целом по отрасли непрерывно увеличивался за 20 лет с 25 кВт ∙ ч/т до 32 кВт ∙ ч/т к 1990 г., в последующие годы нестабильного производства он вырос ещё в 1,5 раза. Минимальная величина Aуд в стабильных условиях и при полной загрузке составляла 12,7 кВт ∙ ч/т, максимальные (если исключить Тулачермет с его Aуд = 200 кВт ∙ ч/т) — на Азовстали (58,9 и 58,3) и ЧерМК (83,9 кВт ∙ ч/т).
В цехах с двумя конвертерами в работе постоянно находится один агрегат, в цехах с тремя конвертерами — два. В период создания и освоения первых конвертерных цехов такое решение было вынужденным из-за низкой стойкости футеровки агрегатов (150—200 плавок) и частых остановок на её замену При отсутствии резервного конвертера возникала опасность значительных колебаний суточного производства стали (вплоть до полного его прекращения), что осложняло работу завода из-за возникновения избытков чугуна, кислорода, извести, нехватки заготовки для прокатных цехов, колебаний в расходе электроэнергии и т.д. В этих условиях без резервного агрегата нельзя было обойтись.
В последние годы стойкость футеровки возросла, и появилась принципиальная возможность отказа от резервного агрегата. При оценке эффективности работы цеха учитываются показатели не только по собственно цеху, но и по пусковому комплексу, в который входят также отделение непрерывной разливки стали, кислородная станция, известково-обжигательный цех, оборотный цикл водоснабжения. Для оценок можно принимать следующее распределение затрат на строительство: собственно конвертерный цех —-15—20 %; отделение непрерывной разливки стали — 30—35 %; прочие объекты пускового комплекса — 50-55 %.
При любом варианте состава цеха (три конвертера, из которых всегда работают два, или два конвертера, из которых в работе находятся то один, то два) все объекты комплекса, включая ОНРС, должны рассчитываться на обеспечение одновременной работы двух конвертеров, т.е. затраты на сооружение этих объектов будут одинаковыми. Экономия капиталовложений достигается только по собственно конвертерному цеху — за счёт отказа от одного конвертера, одного газоотводящего тракта и нескольких единиц менее капиталоемкого оборудования (сталевоз, шла-ковоз, машина подачи кислорода и др.), а также сокращения длины конвертерного и загрузочного пролётов. Остальные пролёты цеха (ковшевой, скрапной, перестановки шлаковых ковшей, участок ферросплавов, миксерное отделение), а также миксеры, краны, ковши сохраняют одинаковыми, поскольку их рассчитывают из суточного объёма производства, который для обоих вариантов одинаков.
Расчёты показывают, что в случае отказа от резервного конвертера стоимость собственно цеха сократится приблизительно на 20 %. Капиталовложения в цех составляют всего 15—20 % от стоимости комплекса, общие затраты сократятся приблизительно на 3—4 %.
Однако при отказе от резервного конвертера сократится и выплавка стали в цехе. Объясняется это в первую очередь тем, что в период замены футеровки в цехе с двумя конвертерами в работе остается только один агрегат (а в трёхконвертер-ном цехе — всегда два). Кроме того, в цехе с двумя конвертерами возрастут простои из-за неизбежной остановки одного из конвертеров в связи с проведением профилактического (или аварийного) ремонта газоотводящего тракта, обрыва настыли с горловины, разбивки и набивки выпускного отверстия. В трёхконвертерном цехе простои конвертера на замене футеровки компенсируются подключением резервного агрегата, и в работе всегда находятся два конвертера.